快速响应控制策略：直接选择电压空间矢量

3.1 电压空间矢量

通用三相电压型逆变器共有8种开关状态，对于每一种开关状态，其输出电压都可以用一个相应的电压空间矢量u_s来表示。三相电压型逆变器的基本电压空间矢量图如图2所示，包括6个工作电压（u₁～u₆）矢量和两个零矢量（u₀，u₇）。8个电压空间矢量可以用下式表示

式中 U_dc——逆变器的直流母线电压。

图2 基本电压空间矢量图

3.2 快速响应控制策略

由上节分析可知，若要获得快速转矩响应，应选择与ψ_r垂直或在与ψ_r垂直方向上有较大分量的电压空间矢量u_s。但ψ_r和u_s之间的关系比较复杂，而定子磁链ψ_s与u_s之间的关系比较简单。在式（3）中忽略较小的定子电阻压降可得

由上式可知，定子电压矢量的幅值决定了定子磁链矢量的运动速度，定子电压矢量的方向决定了定子磁链矢量的运动方向。

对式（2）进行分析，将式（2）的第二行代入第一行，消去转子电流i_r，可得(www.xing528.com)

式中，L_σ=（L_sL_r-L²_m）/L_m。由于L_s=L_m+L_s1，L_r=L_m+L_r1，故

在L_s1和L_r1通常很小的情况下，当限制定子电流幅值不超过1.5倍额定电流时，由式（8）可知，定、转子磁链无论在幅值还是相位上，都相差无几。因此，在效率优化矢量控制的电动汽车异步电动机驱动系统中，当需要转矩快速响应时，参考直接转矩控制的思路，控制系统可以从稳态矢量控制切换到由转子磁链和转矩的双位式调节器的输出来选择电压空间矢量，直接控制逆变器功率器件的通断。动态过程的控制原理如图3所示。

图3 快速响应控制原理图

图3中的转矩和磁链调节器在形式上与直接转矩控制系统类似，采用双位式bang-bang控制或非线性滞环调节器实现，但其作用与直接转矩控制中的转矩和磁链调节器不同。HBC1主要用于根据磁链的偏差判断是否起动或结束快速响应控制方案。HBC2则用于判断电磁转矩是否达到最大值，若其输出为1，则选择按快速响应控制策略所确定的电压空间矢量；若输出为0，则选择与磁链方向一致的电压空间矢量。

图4 电压空间矢量作用示意图

同时还需注意的是，轻载时效率优化控制策略给定的最优磁链幅值较小，根据式（5），动态过程中要想获得快速转矩响应，转子磁链ψ_r也必须增大。因此，需要所选的电压矢量既在转子磁链的切线上有一个分量，来直接控制电磁转矩的增大，又要在转子磁链的方向上有一个分量，来控制转子磁链的增大，如图4所示。设磁链矢量为逆时针旋转，在磁链偏差达到30%以上时，系统由效率优化矢量控制切换到快速响应控制，按下表选择电压空间矢量。当达到期望磁链，即Fψ=0时，系统重新回到稳态效率优化矢量控制策略。F_ψ、F_T定义如下：

表1 电压空间矢量的选择